Usability in eLearning - Cognitive Theories

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Usability in eLearning - Cognitive Theories

  1. 1. Usability im eLearning-Kognitive Theorien für Multimedia-Lernen<br />Ulrik Schroeder, Eva Altenbernd-Giani, Daniel Herding LuFG Informatik 9 (Computerunterstütztes Lernen))<br />Dank an Dr. Christian Spannagel (PH Ludwigsburg)<br />
  2. 2. Beispiel aus dem SAiL-M Projekt<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />2<br />
  3. 3. Usability für eLearning<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />3<br />Usability<br />eLearning Produkte sind Software-Produkte<br />Lernen steht im Vordergrund Lernfreundlichkeit<br />Lernen – Was ist das?<br />Etymologisch<br />Gotisch: &quot;LAIS&quot;&quot;ich weiß&quot;<br />Indogermanisch: &quot;LIS&quot; &quot;gehen&quot;<br />deutet auf einen Prozess<br />bei dem ein Weg zurückgelegt wird<br />und dabei Wissen aufgebaut wird<br />Lernen – Wie geht das ? <br />Nachahmen ?<br />Forschen?<br />auswendig lernen ?<br />Erfahrungen sammeln?<br />Geistige Höhenflüge ?<br />Experimentieren?<br />Üben?<br />
  4. 4. Übersicht<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />4<br />Multi-store model (Atkinson/Shiffrin)<br />Theorien<br />Dual Coding Theory(Paivio)<br />Model of working<br />memory (Baddeley)<br />Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller)<br />Theory of Multimedia Learning (Mayer)<br />Designprinzipien<br />Design principles (Chandler & Sweller)<br />… for multimedia learning(Mayer)<br />
  5. 5. Gedächtnismodelle<br />Multimedia Learning<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />5<br />
  6. 6. Multi-store Memory Model: Prozesse<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />6<br />Wahrnehmung<br />Bottleneck<br />Bottleneck<br />Information Processing Model<br />Extended Information Processing Model<br />Kurzzeitgedächtnis(Arbeitsgedächtnis)<br />Sensorisches Gedächtnis<br />Langzeitgedächtnis<br />Enkodierung<br />Selektive Aufmeksamkeit<br />Lernen<br />Abruf (retrieval)<br />Wissen aktivieren<br />Erprobung/Bestätigung<br />Aufmerksamkeitlenken<br />chunking<br />Transformieren<br />
  7. 7. Dual Coding Model (Paivio &apos;71)<br />Zwei separate Systeme<br />Verknüpfung erhöht Erinnerungsleistung <br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />7<br />Verbale System<br />verbale Information<br />Logogene<br />Sinnesorgane<br />Reaktion<br />Non-verbale System<br />Imagene<br />bildliche Information<br />
  8. 8. Auswirkungen des Dual Coding<br />Illustrationen helfen bei der Vermittlung neuen Wissens<br />Diagramme nicht zu detailliert<br />direkt auf den Text / Inhalt bezogen<br />Empirische Ergebnisse<br />Illustrationen bei geringen Vorkenntnissen besser als Experten<br />in Verbindung mit Text mittlerer Komplexität<br />Bilder / Videos können mehr Funktionen haben<br />Aufmerksamkeit erregen<br />bestimmte Zielgruppe ansprechen und motivieren<br />Informationen wiederholen und strukturieren<br />Analogien aufzeigen<br />Hilfe zur Bildung mentaler Modelle von abstrakten Konzepten<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />8<br />
  9. 9. Verfeinertes Arbeitsgedächtnismodell<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />9<br />(Baddeley)<br />Arbeitsgedächtnis<br />EchoischesRegister<br />phonologische Schleife<br />LTM<br />zentrale Exekutive<br />episodischer Puffer<br />IkonischesRegister<br />räumlich-visueller Notizblock<br />
  10. 10. CognitiveLoadTheory(Chandler & Sweller)<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />10<br />LTM<br />WM<br />STM<br />intrinsicCL<br />germaneCL<br />extraneous CL<br />
  11. 11. CL-Theorie: Konsequenzen<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />11<br />Interne Strukturierung und Modifikation von Schemata<br />Kognitive Energie genutzt für<br />iCL<br />gCL<br />eCL<br />min<br />max<br />komplexer Lerngegenstand (iCL groß)<br />  eCL möglichst minimal!<br /> genügend gCL<br />
  12. 12. Übersicht<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />12<br /><br />Multi-store model (Atkinson/Shiffrin)<br />Theorien<br /><br /><br />Dual Coding Theory(Paivio)<br />Model of working<br />memory (Baddeley)<br /><br />Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller)<br />Theory of Multimedia Learning (Mayer)<br />Designprinzipien<br />Design principles (Chandler & Sweller)<br />… for multimedia learning(Mayer)<br />
  13. 13. 3 Multimedia Learning<br />Multimedia Learning Theorie &Designprinzipien für Multimedia-Lernen<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />13<br />
  14. 14. Modell des Multimedia-Lernens<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />14<br />selecting<br />words<br />organizing<br />words<br />integrating<br />selecting<br />images<br />organizing<br />images<br />Auditiver / verbaler Kanal<br />Multimedia-<br />Präsentation<br />Sensorisches<br />Gedächtnis<br />Arbeits-<br />gedächtnis<br />Langzeit-<br />gedächtnis<br />Verbales <br />Modell<br />Text<br />Worte<br />Vorwissen<br />Bildhaftes<br />Modell<br />Bilder<br />Bilder<br />Select<br />Organize<br />Integrate<br />Visueller / bildhafter Kanal<br />
  15. 15. Multimedia-<br />Präsentation<br />Sensorisches<br />Gedächtnis<br />Arbeits-<br />gedächtnis<br />Langzeit-<br />gedächtnis<br />Verbales <br />Modell<br />Text<br />Worte<br />selecting<br />words<br />organize<br />words<br />integrating<br />Vorwissen<br />Bildhaftes<br />Modell<br />Bilder<br />Bilder<br />selecting<br />images<br />organize<br />images<br />Weshalb eigentlich Folien?<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />15<br /><ul><li>Visueller Kanal inhaltlich ungenutzt
  16. 16. Kognitive Ressourcen verschenkt</li></li></ul><li>Visualisierung des Inhalts<br />Multimedia-<br />Präsentation<br />Sensorisches<br />Gedächtnis<br />Arbeits-<br />gedächtnis<br />Langzeit-<br />gedächtnis<br />Verbales <br />Modell<br />Text<br />Worte<br />selecting<br />words<br />organize<br />words<br />integrating<br />Vorwissen<br />Bildhaftes<br />Modell<br />Bilder<br />Bilder<br />selecting<br />images<br />organize<br />images<br /><ul><li>Multimedia-Prinzip(Mayer): Bild + Text > nur Text</li></li></ul><li>Text<br />Worte<br />Verbales <br />Modell<br />selecting<br />words<br />organizing<br />words<br />Vorwissen<br />integrating<br />Bilder<br />Bilder<br />Bildhaftes<br />Modell<br />selecting<br />images<br />organizing<br />images<br />7 Prinzipien des Multimedia-Designs<br />Multimedia-Prinzip<br />Prinzip der räumlichen Kontiguität<br />Prinzip der zeitlichen Kontiguität<br />Modalitäts-Prinzip<br />Kohärenz-Prinzip<br />Redundanz-Prinzip<br />Prinzip der individuellen Unterschiede<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />17<br />
  17. 17. 1. Multimedia-Prinzip<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />18<br />Die Arbeitsweise eines Ottomotors<br />Ein Viertakt Ottomotor führt während seines Arbeitsspiels 4 Takte aus - Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben. Im ersten Takt (Ansaugen) ist das Einlaßventil geöffnet und der Kolben bewegt sich in Richtung Kurbelwelle. Durch den im Verbrennungsraum herrschenden Unterdruck wird ein Luft-Kraftstoffgemisch angesogen und füllt zum Ende des Taktes den Verbrennungsraum ganz aus. Das Enlaßventil schließt sich und der Kolben bewegt sich von der Kurbelwelle weg (Takt 2: Verdichten). Dabei wird das Luft-Kraftstoffgemisch stark verdichtet. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes (OT) wird das Gemisch durch einen Funken an der Zündkerze gezündet (Zündzeitpunkt). Temperatur und Druck im Verbrennungraum steigen sprunghaft an. Durch den hohen Druck wird der Kolben wieder in Richtung Kurbelwelle gepreßt (Takt 3: Arbeiten). Am unteren Totpunkt (UT) öffnet das Auslaßventil und die Verbrennungsgase werden aus dem Verbrennungsraum ausgeschoben (Takt 4: Ausschieben). Insgesamt hat sich die Kurbelwelle nach den 4 Takten um 720° gedreht (2 vollständige Umdrehungen). <br />
  18. 18. Multimedia-Prinzip für eLearning<br />Empirische Ergebnisse<br />Text + Bild &gt; Text<br />55 % - 121 % bessere Abrufbarkeit<br />Theoretische Begründung:<br />Lerner ist aktiv einbezogen, identifiziert Modelle, findet Wechselbeziehungen zwischen Modellen …<br />Grafische Illustrationen für <br />Überblick über und Beziehungen zwischen Themen (Organisation des Inhalts)<br />Visualisierung von Beziehungen<br />Prinzip eher vage  muss weiter verdeutlicht werden<br />Welche Arten von Bildern? Wie präsentiert? Und wann?<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />19<br />
  19. 19. 2. Prinzip der räumlichen Kontiguität<br />Text und Diagramme<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />20<br /><br />
  20. 20. 2. Prinzip der räumlichen Kontiguität<br />Text und Bilder sind integriert (nahe beieinander)<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />21<br /><br />
  21. 21. 3. Prinzip der zeitlichen Kontiguität<br />Bilder / Animationen präsentiert mit gesprochenem Text<br />Bild oder Audio zuerst? Beide gleichzeitig?<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />22<br />
  22. 22. Kontiguitäts-Prinzipien<br />Zeitliche Kontiguität<br />Simultane Präsentation &gt; aufeinanderfolgend<br />Ähnlich, aber nur für eLearning (Information muss im WM behalten werden, bis nächste Präsentation startet)<br />Effekt nicht ganz so stark<br />3/5 Tests bzgl Erinnerungsleistung<br />8/8 Tests bzgl. Transferleistung<br />nicht signifikant für leichte Aufgaben<br />Folgerung<br />Beide Medien zusammen präsentieren<br />Räumliche Kontiguität<br />Bilder und erläuternder Text eng beieinander auf Bildschirm / Ausdruck<br />Bildschirm braucht nicht abgesucht und dabei Information im Gedächtnis behalten zu werden<br />Effekt signifikant<br />Erinnerungsleistung<br />2/2 testbetter<br />understanding/transfer<br />5/5 testsbetter<br />Folgerung<br />Textuelle Information nahe an erläuternde Bilder setzen<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />23<br />
  23. 23. 4. Modalitäts-Prinzip<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />24<br />Split-Attention-Effect <br />In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf …<br /><br />
  24. 24. 4. Modalitäts-Prinzip<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />25<br />Verbales <br />Modell<br />Text<br />Worte<br />selecting<br />words<br />organizing<br />words<br />Vorwissen<br />integrating<br />Bildhaftes<br />Modell<br />Bilder<br />Bilder<br />selecting<br />images<br />organizing<br />images<br />Bild und geschriebener Text sin dschlechter als …<br /><br />
  25. 25. 4. Modalitäts-Prinzip<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />26<br /><br />
  26. 26. 4. Modalitäts-Prinzip<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />27<br />Verbales <br />Modell<br />Text<br />Worte<br />selecting<br />words<br />organizing<br />words<br />Vorwissen<br />integrating<br />Bildhaftes<br />Modell<br />Bilder<br />Bilder<br />selecting<br />images<br />organizing<br />images<br />Bild + Audio &gt; Bild + (geschriebener) Text<br />Theoretische Begründung<br />Beide Kanäle werden gleichzeitig genutzt (dual channel)<br />Starker empirischer Effekt (40-80% Steigerung)<br />Pragmatische Fragestellungen bzgl. Lern-Kontext <br />Stand-alone, Kopfhörer <br />Bandbreite, verfügbare Tools<br />Produktionskosten, …<br />
  27. 27. 5. Kohärenz-Prinzip<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />28<br />Reihenschaltung:<br />Rges = R1 + R2<br />Parallelschaltung:<br /> 1/Rges = 1/R1 + 1/R2<br /><br />
  28. 28. <br />5. Kohärenz-Prinzip<br />Studenten lernen besser, wenn irrelevante Information weggelassen wird<br />Nicht sachdienliches Zusatzmaterialerhöht eCL, stört beim Lernen …<br />Sehr starker empirischer Effekt!<br />Stärker bei gedrucktem Material <br />Folgerung<br />Kurze Texte, Hervorhebungen<br />Bilder weglassen, die nur Design und Layout dienen<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />29<br />
  29. 29. 6. Redundanz-Prinzip <br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />30<br />In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf …<br /><br />
  30. 30. Multimedia-<br />Präsentation<br />Sensorisches<br />Gedächtnis<br />Arbeits-<br />gedächtnis<br />Langzeit-<br />gedächtnis<br />Verbales <br />Modell<br />Text<br />Worte<br />selecting<br />words<br />organize<br />words<br />integrating<br />Vorwissen<br />Bildhaftes<br />Modell<br />Bilder<br />Bilder<br />selecting<br />images<br />organize<br />images<br />Redundanter Text<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />31<br />Geschriebener und gesprochener Text: Doppelbelastung<br />Starker empirischer Nachweis (.77/1.24)<br />Pragmatisch<br />Nicht identischen Text gesprochen und gedruckt anbieten<br />OK: gesprochener Text und gedruckte Zusammenfassung der Schlüsselwörter<br />
  31. 31. eCL gering halten<br />Multimedia-<br />Präsentation<br />Sensorisches<br />Gedächtnis<br />Arbeits-<br />gedächtnis<br />Langzeit-<br />gedächtnis<br />Verbales <br />Modell<br />Text<br />Worte<br />selecting<br />words<br />organize<br />words<br />integrating<br />Vorwissen<br />Bildhaftes<br />Modell<br />Bilder<br />Bilder<br />selecting<br />images<br />organize<br />images<br />Bildhafte Gestaltung!<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />32<br />hohe gCL Kapazität<br /><ul><li>Besser: Bildhafte Gestaltung!
  32. 32. Nur zentrale Begriffe und Aussagen auf Folien.Keine Romane!</li></li></ul><li>[7. Prinzip der Individuellen Unterschiede]<br />Persönliche Ansprache wirkt sich positiv aus<br />Agenten, Avatare<br />Design-Effekte variieren individuell<br />geringe Vorkenntnis &gt; hohe Vorkenntnis<br />Begründung<br />Lerner mit hohem Wissensstand kompensieren fehlende Führung durch ihr Vorwissen<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />33<br />
  33. 33. Ein Beispiel: Tischtennis-Trainer<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />34<br />
  34. 34. Wörter<br />Töne<br />Verbales <br />Modell<br />selecting<br />words<br />organizing<br />words<br />Vorwissen<br />integrating<br />Bilder<br />Bilder<br />Bildhaftes<br />Modell<br />selecting<br />images<br />organizing<br />images<br />7 Prinzipien des Multimedia-Designs<br />Multimedia-Prinzip<br />Prinzip der räumlichen Kontiguität<br />Prinzip der zeitlichen Kontiguität<br />Modalitäts-Prinzip<br />Kohärenz-Prinzip<br />Redundanz-Prinzip<br />Prinzip der individuellen Unterschiede<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />35<br />
  35. 35. Zusammenfassung<br />Erkenntnisse kognitiver Theorien<br />Akzeptierte Designkriterien<br />Empirische Validierung<br />Stark vereinfachte Bedingungen (Labor), um Effekte zu messen<br />Z.B. nur Erlernen einfacher Technologien …<br />Kann nicht generell auf alle Lernarten übertragen werden<br />viele weitere Kriterien ausgeblendet<br />Didaktik<br />Zielgruppe<br />(Soziale) Einbettung des Lernens<br />Emotion, Motivation, …<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />36<br />
  36. 36. eLearning Forschung – Modelle, Usability, …<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />37<br />
  37. 37. Literatur<br />Bücher<br />Clark, Ruth Colvin; Mayer, Richard E. (2003): e-Learning and the Science of Instruction. Proven Guidelines for Consumers an Designers of Multimedia Learning. San Francisco Calif.: Pfeiffer.<br />Mayer, Richard E. (2005): The Cambridge handbook of multimedia learning. Cambridge: Cambridge Univ. Press.<br />Mayer, Richard E. (2006): Multimedia Learning. Cambridge: Cambridge Univ. Press.<br />Hasebrook, Joachim (1995): Multimedia-Psychologie. Eine neue Perspektive menschlicher Kommunikation. Heidelberg: Spektrum Akad. Verl.<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />38<br />
  38. 38. Beispiel 1<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />39<br />
  39. 39. Beispiel 2<br />Von Verständlichkeit zu Usability<br />40<br />
  40. 40. Vorstellung<br />Prof. Dr.Ulrik Schroeder<br />DanielHerding<br />Eva Altenbernd-Giani<br />

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